一种基于BIM与增强现实的管道安装指导与校核系统、方法、计算机设备及存储介质与流程

本技术属于管道安装和施工过程数据管理，具体地指一种基于bim与增强现实的管道安装指导与校核系统、方法、计算机设备及存储介质。

背景技术：

1、工业管道安装通常涉及管段预制、支吊架安装、吊装就位、端口组对、焊接、无损检测、压力试验和竣工测量等多个相互依赖的工序。施工人员需要同时理解平面图、轴测图、材料表、焊口表、支吊架图和施工方案。对于经验不足的作业人员，仅依靠二维图纸或静态三维模型，难以在现场快速判断目标管段的空间位置、安装方向、连接顺序和允许偏差。增强现实技术能够将虚拟模型叠加到真实场景中，已有方案可通过现场基准点、标识物、测量坐标系或三维场景模型完成建筑信息模型（building information modeling，简称bim）与施工现场的坐标对准，并在移动终端或头戴设备上显示管线模型。该类方案能够改善空间理解和现场放样，但在复杂管道安装中仍存在以下问题。

2、第一，现有方案通常以模型显示或位置复核为核心，缺少将管段、管件、焊口、支吊架、检验点和安全条件组织成可执行任务的机制，不能根据施工工艺自动控制安装步骤，也难以避免跨步骤施工、漏检或错误焊接顺序。第二，施工现场存在遮挡、粉尘、反光、重复结构和人员设备移动，视觉跟踪容易产生累计漂移。仅在开工前进行一次整体坐标对准，无法保证长时间、多区域作业中的叠加精度；当配准质量下降时，系统仍可能继续给出看似精确的标注，形成误导。第三，现有方案对安装完成状态的判断较多依赖人工点击确认，缺少对管道中心线、端口、标高、坡度、法兰平行度、焊口间隙和支吊架位置等几何指标的联合校核，也缺少对作业许可、检验记录和前置任务状态的工艺校核，不能形成“指导—执行—校核—修正—放行”的闭环。第四，冶金和工业厂房管道施工常伴随吊装、动火、高处、受限空间和危险介质等风险。静态安全提示难以根据当前工序、人员位置、吊装设备运动范围和环境状态动态变化，无法与安装步骤联动。第五，多名施工、测量、质量和安全人员可能同时使用不同终端。若坐标版本、任务状态和问题记录不能统一同步，容易出现同一构件在不同终端显示位置不一致、重复施工或问题处理状态不一致。

3、因此，需要一种不仅能够叠加bim模型，而且能够将管道施工工艺转化为可执行任务，对配准精度进行可信控制，对每一步安装结果进行联合校核，并将施工结果回写到bim模型的增强现实管道安装指导技术。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本技术提供一种基于bim与增强现实的管道安装指导与校核系统、方法、计算机设备及存储介质，可以有效解决现有bim-ar施工应用仅进行模型叠加、步骤控制不足、坐标漂移不可控、安装完成状态缺少客观校核、安全提示与工序脱节以及多终端数据不一致的问题。

2、本发明提供了一种基于bim与增强现实的管道安装指导与校核系统，所述系统包括：

3、bim数据接口模块，用于获取管道bim模型以及与管段、管件、阀门、法兰、焊口、支吊架和设备接口对应的几何信息、属性信息和唯一标识；

4、管道施工任务建模模块，用于依据所述几何信息、所述属性信息和预设置的管道施工工艺规则，将待施工对象划分为作业区和工作包，并生成由任务节点及所述任务节点之间的依赖边构成的有向安装任务图；其中，每一所述任务节点至少关联目标构件、目标位姿、施工动作、前置条件、完成条件和安全条件；

5、空间配准与跟踪模块，用于融合现场基准特征、视觉惯性跟踪数据和现场深度数据，建立bim坐标系与施工现场坐标系之间的转换关系，计算配准置信度，并在所述配准置信度低于阈值或视觉惯性跟踪漂移超过阈值时，针对当前作业区执行局部重定位；

6、增强现实指导终端，用于根据当前所述任务节点，在施工现场视野中叠加目标管道构件、安装中心线、焊口或连接点、安装方向、安装顺序、允许偏差和安全提示；

7、步骤控制与完成校核模块，用于采集当前所述任务节点对应的现场图像、深度点云、终端位姿、操作记录和人工确认信息中的至少两种，执行几何偏差校核和施工工艺条件校核，并仅在所述几何偏差校核和所述施工工艺条件校核均满足完成条件时开放下一任务节点；

8、施工闭环模块，用于将已完成的所述任务节点的构件状态、实测偏差、影像证据、检验结果、责任人员和时间信息回写至项目数据库或bim模型，并同步至至少两个施工终端。

9、进一步地，根据本发明所提供的基于bim与增强现实的管道安装指导与校核系统，所述任务节点包括支吊架复核节点、管段吊装节点、接口组对节点、焊接节点、无损检测节点、压力试验节点和竣工确认节点中的至少三种；

10、所述依赖边包括先后依赖边、并行依赖边、互斥依赖边和验收门禁依赖边中的至少一种。

11、进一步地，根据本发明所提供的基于bim与增强现实的管道安装指导与校核系统，所述空间配准与跟踪模块包括全局配准单元和局部配准单元；

12、其中，所述全局配准单元基于至少三个非共线现场基准点、激光基站测量结果或标识物识别结果求取初始转换关系；所述局部配准单元基于当前作业区的结构边界、已安装管件、设备接口或支吊架点云更新局部转换关系。

13、进一步地，根据本发明所提供的基于bim与增强现实的管道安装指导与校核系统，所述配准置信度由基准点重投影误差、点云配准残差、视觉惯性跟踪质量、基准特征可见率和连续跟踪时长中的至少三项加权得到；

14、当计算所得的所述配准置信度低于预预设置的第一阈值时限制步骤放行，当所述配准置信度低于第二阈值时停止显示精确安装标注并触发重新采集基准特征，其中第二阈值低于第一阈值。

15、进一步地，根据本发明所提供的基于bim与增强现实的管道安装指导与校核系统，所述增强现实指导终端按照当前任务节点对bim模型进行作业区裁剪和细节层级控制，并结合现场深度数据生成遮挡关系，使待安装构件以半透明轮廓、中心线或剖切轮廓中的至少一种方式显示，使已完成构件、待施工构件和存在偏差构件采用不同线型或填充方式显示。

16、进一步地，根据本发明所提供的基于bim与增强现实的管道安装指导与校核系统，所述步骤控制与完成校核模块在校核不通过时，根据偏差方向和偏差量生成沿施工现场坐标轴、管道轴线或构件局部坐标轴的修正箭头，并保持下一任务节点锁定；在校核通过时，生成包含校核参数、证据索引和电子签名的完成记录。

17、进一步地，根据本发明所提供的基于bim与增强现实的管道安装指导与校核系统，所述施工闭环模块采用构件唯一标识、任务节点标识和坐标版本号关联多终端数据，并通过任务节点锁、版本校验和冲突合并策略同步不同终端的步骤状态、偏差记录和问题单；当bim模型发生设计变更时，仅重新生成受变更构件及其依赖任务节点。

18、本发明还提供了一种基于bim与增强现实的管道安装指导与校核方法，所述方法包括：

19、获取管道bim模型及管道施工工艺数据，提取管段、管件、焊口、支吊架和设备接口的几何信息、属性信息及拓扑关系；

20、按照作业区和工作包生成有向安装任务图，所述有向安装任务图的任务节点关联目标构件、目标位姿、施工动作、前置条件、完成条件和安全条件；

21、融合现场基准特征、视觉惯性跟踪数据和现场深度数据，建立bim坐标系与施工现场坐标系之间的转换关系，并计算配准置信度；

22、在增强现实终端中显示当前任务节点对应的目标构件、安装中心线、焊口或连接点、安装顺序、允许偏差和安全提示；

23、采集当前任务节点对应的现场图像、深度点云、终端位姿、操作记录和人工确认信息中的至少两种，执行几何偏差校核和施工工艺条件校核；

24、当所述几何偏差校核和施工工艺条件校核均满足完成条件时，开放下一任务节点，否则输出偏差修正指引并保持下一任务节点锁定；

25、将已完成任务节点的构件状态、实测偏差、影像证据、检验结果和时间信息回写至项目数据库或bim模型，并同步至至少两个施工终端。

26、本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明中所提供的所述基于bim与增强现实的管道安装指导与校核方法的步骤。

27、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明中所提供的所述基于bim与增强现实的管道安装指导与校核方法的步骤。

28、本发明的有益效果为：本发明所提供的一种基于bim与增强现实的管道安装指导与校核系统、方法、计算机设备及存储介质中，该系统将bim模型转化为可执行的管道安装任务图，使增强现实显示与施工工艺顺序直接关联；并以配准置信度和局部重定位控制显示可信度，降低长期跟踪漂移导致的误导；还采用几何与工艺双重证据控制步骤放行，实现安装质量的过程闭环；四是将安全区域与当前工序和现场位置联动；而且还形成多终端一致的施工记录和竣工数据，提高可追溯性。